플라스모닉 태양전지

일반적으로 단순히 플라스몬 태양전지라고 불리는 플라스몬 강화 태양전지는 플라스몬의 도움으로 빛을 전기로 변환하는 태양전지(박막, 결정 실리콘, 비정질 실리콘, 그리고 다른 종류의 셀 포함)의 한 종류입니다. 하지만 다른 물질에서 광전 효과가 발생합니다.^{[1] [2][3]}

직접 플라스몬 태양전지는 플라스몬을 활성 광전 물질로 사용하여 빛을 전기로 변환하는 태양전지입니다.

두께는 기존 실리콘 ^[4]PV의 두께에서 2μm 이하까지 다양하며 이론적으로는 100nm까지 ^[5]얇을 수 있습니다.그들은 유리, 플라스틱 또는 강철과 같은 실리콘보다 저렴한 기판을 사용할 수 있다.박막 태양전지의 문제점 중 하나는 흡수계수가 같은 물질로 만들어진 두꺼운 태양전지만큼 빛을 흡수하지 못한다는 것이다.광트랩 방법은 박막 ^[6]태양전지에 중요하다.플라즈몬 강화 세포는 표면 플라즈몬 ^[7]공명에 들뜬 금속 나노 입자를 이용해 빛을 산란시켜 흡수를 향상시킨다.박막 태양전지 전면에 위치한 플라스모닉 코어 셸 나노 입자는 근적외선 영역에서 Si 태양전지의 약한 흡수를 도울 수 있습니다. 즉, 기판에 산란된 빛의 비율과 최대 광로 길이 확장이 0.999와 3133까지 증가할 수 있습니다.^[3] 플라즈몬 공진 주파수의 입사광은 나노입자 표면에서 전자진동을 일으킨다.그런 다음 전류를 생성하는 전도층에 의해 진동 전자를 포착할 수 있습니다.생성되는 전압은 전도층의 밴드갭과 나노 입자와 접촉하는 전해액의 전위에 따라 달라집니다.이 기술이 플라스모닉 강화 태양 ^[5]전지의 완전한 잠재력과 상용화를 가능하게 하기 위해서는 아직 상당한 연구가 필요하다.

역사

장치들

현재 태양 전지에는 세 가지 다른 세대가 있다.1세대(현재 시장에 나와 있는 것)는 결정성 반도체 웨이퍼로 만들어졌으며 결정성 실리콘은 "2016년에 시장점유율 93%, 약 75GW"를 달성했습니다.^[8] 현재의 태양전지는 표면에 대부분의 박막 태양전지보다 큰 치수를 가진 피라미드를 만들어 빛을 가둬둔다.기판의 표면을 (일반적으로 표면에서 SnO 또는 ZnO를 성장시켜₂) 입사 파장의 순서로 치수를 설정하고 SC를 위에 퇴적시키는 방법이 연구되었습니다.이 방법은 광전류를 증가시키지만, 박막 태양 전지는 재료 품질이 떨어집니다.^[9]

2세대 태양전지는 여기에 나와 있는 것과 같은 박막 기술을 기반으로 한다.이러한 태양 전지는 에너지 생산을 증가시킬 뿐만 아니라 사용되는 물질의 양을 줄이는 데 초점을 맞추고 있다.3세대 태양전지는 현재 연구되고 있다.그들은 2세대 태양 전지의 비용을 절감하는 데 초점을 맞추고 있다.^[10] 제3세대 SC에 대해서는 "최근의 진보" 섹션에서 자세히 설명합니다.

설계.

플라스모닉 강화 태양 전지의 설계는 표면을 가로질러 빛을 산란하고 물질을 통과하는 데 사용되는 방법에 따라 달라진다.

나노 입자 세포

일반적인 디자인은 태양전지의 윗면에 금속 나노 입자를 퇴적시키는 것이다.빛이 표면 플라즈몬 공명 상태에서 금속 나노 입자와 충돌할 때, 빛은 많은 다른 방향으로 산란된다.이것은 빛이 태양전지를 따라 이동하고 기판과 나노 입자 사이를 튕겨나가 태양전지가 더 많은 ^[11]빛을 흡수할 수 있게 해준다.금속 나노 입자의 국소적인 표면 플라즈몬에 의해 유도되는 집중 근계 강도는 반도체의 광학적 흡수를 촉진할 것이다.최근 나노 입자의 플라스몬 비대칭 모드는 광대역 광 흡수를 선호하고 태양 ^[12]전지의 전기적 특성을 촉진하는 것으로 밝혀졌다.나노 입자의 플라즈몬 광학 효과와 플라즈몬 전기적 효과가 동시에 나타나 나노 입자 플라즈몬의 유망한 특징을 드러낸다.

최근 코어(금속)셸(유전체) 나노입자는 표면 플라즈몬이 ^[13]태양전지 앞에 위치할 때 Si 기판에 전방 산란을 강화해 후방 산란이 제로인 것으로 나타났다.코어 셸 나노 입자는 전기 공명과 자기 공명을 동시에 지원할 수 있으며, 공명을 적절히 설계할 경우 베어 금속 나노 입자와 비교했을 때 완전히 새로운 특성을 보여줍니다.

금속 필름 셀

태양 에너지를 수확하기 위해 표면 플라스몬을 이용하는 다른 방법들이 있다.또 다른 형태의 구조는 실리콘 박막과 금속 얇은 층이 아래 표면에 퇴적되는 것입니다.빛은 실리콘을 통과하여 실리콘과 금속의 경계면에 표면 플라스몬을 생성합니다.전기장이 금속으로 매우 멀리 이동하지 않기 때문에 이것은 실리콘 내부에 전장을 발생시킵니다.만약 전장이 충분히 강하다면, 광전류를 생성하기 위해 전자를 이동시키고 모을 수 있습니다.이 설계에서 금속 박막은 실리콘 박막에서 가능한 한 많은 광자를 자극하기 위해 입사광의 도파관 역할을 하는 나노미터 크기의 홈을 가지고 있어야 합니다.^[14]

원칙

일반

태양전지의 기판에서 광자가 들뜨면 전자와 구멍이 분리된다.일단 전자와 구멍이 분리되면, 그들은 서로 반대 전하를 띠기 때문에 재결합하기를 원할 것이다.이 현상이 발생하기 전에 전자를 수집할 수 있으면 외부 회로의 전류로 사용할 수 있습니다.태양 전지의 두께를 설계하는 것은 이러한 재조합을 최소화하고(얇은 층), 더 많은 광자를 흡수하는 것(얇은 층)^[11] 사이의 트레이드오프입니다.

나노 입자

산란과 흡수

플라스모닉 강화 태양전지의 기능 원리는 금속 나노 입자의 퇴적에 의한 빛의 산란과 흡수를 포함한다.실리콘은 빛을 잘 흡수하지 못한다.이러한 이유로, 흡수를 증가시키기 위해서는 표면에 더 많은 빛이 산란되어야 한다.금속 나노 입자가 들어오는 빛을 실리콘 기판 표면에 산란시키는 데 도움이 된다는 것이 밝혀졌습니다.빛의 산란과 흡수를 제어하는 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

• ${\displaystyle C_{scat}=flac {1}{6\pi }}\flac {2\pi }{\flac}{\flac}}{4}\alpha^{2}}$

이것은 빛의 파장 이하의 직경을 가진 입자에 대한 빛의 산란을 보여줍니다.

• ${\displaystyle C_{abs}=syslogfrac {2\pi}{\syslogda }}{\text{Im}}[\alpha ]}$

이것은 점 쌍극자 모델의 흡수를 나타냅니다.

• $\displaystyle \alpha = 3V \left [{\frac {\ilon _{p}/\ilon _{m}-1}{\ilon _{p}/\ilon _{m}+2}}\right]}}$

이것이 입자의 분극성입니다.V는 입자의 부피입니다.$§$ $p$ \$displaystyle$ \ $explilon$_ ${p$}은 입자의 유전 ${\displaystyle {\mathrm{함수}}_{}}$이다.$∙$ $m$ \$displaystyle$ \ $explilon _{$m$$}은 매립매체의 유전함수이다.${\displaystyle {\theta }_{}}$ p$=$ - ${\displaystyle 2}$ ${\displaystyle {\mu }_{}}$m { $displaystyle$\$silon _ {$p } =-2\$silon$_ {m$}$the$$ becomes becomes becomes becomes 、 입자의 분극성이 커진다.이 분극률 값을 표면 플라스몬 공명이라고 합니다.흡수율이 낮은 금속의 유전체 함수는 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

• ${\displaystyle \ilon = 1 - { \ frac { omega _ {p }^2} { \ obega ^ {2} + i \ expiron \ obega } }$

위의 식에서는 ${\displaystyle {\delta }_{}}$p \$style \obega$ _${p}$는 벌크 플라즈마 주파수입니다.이것은 다음과 같이 정의됩니다.

• ${\displaystyle _{p}^{2}=Ne^{2}/m\epsilon _{0}}$

N은 자유 전자의 밀도, e는 전하, m은 전자의 유효 질량입니다.$0$ ( \$displaystyle$ \ $explilon _${ 0$$ } )는 빈 공간의 유전율입니다.따라서 자유 공간에서의 표면 플라즈몬 공명에 대한 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

• ${\displaystyle \alpha = 3V {\frac {\frac _{p}^{2}-3\offmega ^{2}-i\frac \obe \obe }}$

많은 플라스모닉 태양 전지는 빛의 산란을 강화하기 위해 나노 입자를 사용한다.이러한 나노 입자는 구체의 형태를 취하기 때문에 구체의 표면 플라즈몬 공명 주파수가 바람직하다.위의 방정식을 풀면 자유공간에서 구체의 표면 플라즈몬 공진 주파수를 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

• ${\displaystyle \mega _{sp}=syslogrt {3}}\mega _{p}}$

예를 들어 은나노입자의 표면 플라즈몬 공진에서 산란 단면은 나노입자 단면의 약 10배이다.나노 입자의 목적은 SC 표면에 빛을 가두는 것이다.빛의 흡수는 나노입자에 중요한 것이 아니라 SC에 중요하다.나노 입자의 크기가 커지면 산란 단면이 커진다고 생각할 수 있다.단, 나노입자의 크기와 비교하면 비율(${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle S_{}}$ c ${\displaystyle c_{}{a}_{}}$ ${\displaystyle t}$ / ${\displaystyle C_{}}$ ${\displaystyle S_{}}$ ${\displaystyle p_{}}$ a ${\displaystyle r_{}}$ ${\displaystyle t_{}}$ ${\displaystyle i_{}}$ ${\displaystyle c_{}}$ l$$ { $display CS$_ { $scat$} /$CS$ _ { $particle$ $\}$ )이 감소합니다.산란 단면이 큰 입자는 플라즈몬 공명 범위가 넓은 경향이 있습니다.

파장의존성

표면 플라즈몬 공명은 주로 입자 내 자유 전자의 밀도에 의존합니다.다른 금속에 대한 전자 밀도의 순서는 공명에 해당하는 빛의 유형과 함께 아래에 나와 있습니다.

• 알루미늄 - 자외선
• 실버 - 자외선
• 금색 - 표시
• 구리 - 표시됨

매립매체의 유전율이 변화하면 공진주파수를 시프트할 수 있다.굴절률이 높을수록 파장 주파수가 길어집니다.

라이트 트래핑

금속 나노 입자는 빛을 기판과 입자 사이에 가두기 위해 기판으로부터 떨어진 거리에 퇴적됩니다.입자는 기판 위에 있는 재료에 박혀 있습니다.이 물질은 일반적으로 실리콘이나 질화 규소와 같은 유전체입니다.입자와 기판의 거리에 따라 기판에 산란되는 빛의 양에 대한 실험 및 시뮬레이션을 할 때 매립재로 공기를 이용한다.기판에 방사되는 빛의 양은 기판과의 거리에 따라 감소하는 것으로 밝혀졌다.이는 표면에 있는 나노 입자가 기판에 빛을 방사하는 데 바람직하지만 입자와 기판 사이에 거리가 없으면 빛이 갇히지 않고 더 많은 빛이 빠져나간다는 것을 의미한다.

표면 플라스몬은 금속과 유전체의 계면에서 전도 전자의 들뜸입니다.금속 나노 입자를 이용하여 자유롭게 전파되는 평면파를 반도체 박막층에 결합 및 트랩할 수 있다.빛을 흡수층으로 접어서 흡수율을 높일 수 있다.금속 나노 입자의 국부적인 표면 플라스몬과 금속과 반도체 계면의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 현재 연구 대상이다.최근 발표된 논문에서 금속 나노 입자의 모양과 크기가 결합 효율을 결정하는 핵심 요소이다.입자가 작을수록 근거리 결합이 강화되어 결합 효율이 높아집니다.그러나 매우 작은 입자는 큰 오믹 손실을 입습니다.^[15]

최근 나노 입자의 플라스몬 비대칭 모드는 광대역 광 흡수를 선호하고 태양 전지의 전기적 특성을 촉진하는 것으로 밝혀졌다.나노 입자의 플라즈몬 광학 효과와 플라즈몬 전기적 효과가 동시에 나타나 나노 입자 ^[12]플라즈몬의 유망한 특징을 드러낸다.

금속 필름

금속막 표면에 빛이 입사하면서 표면 플라스몬을 들뜨게 한다.표면 플라즈몬 주파수는 재료에 따라 다르지만, 필름 표면의 격자를 사용하면 다른 주파수를 얻을 수 있습니다.표면 플라스몬은 표면 플라스몬을 이동하기 쉽고 저항 및 방사선에 의한 손실을 최소화하여 도파로를 이용하여 보존된다.표면 플라스몬에 의해 생성된 전계는 전자가 수집 기질을 향해 이동하도록 영향을 줍니다.^[16]

자재

제1세대	제2세대	제3세대
단결정 실리콘	CuInSe2	인화 갈륨 인듐
다결정 실리콘	비정질 실리콘	비화 갈륨 인듐
다결정 실리콘	박막 결정성 Si	게르마늄

^[10][17]

적용들

플라스모닉 강화 태양전지는 많은 응용 분야가 있다.더 싸고 효율적인 태양 전지에 대한 필요성은 상당하다.태양전지가 비용 효율이 높은 것으로 간주되기 위해서는 석탄이나 가솔린과 같은 전통적인 동력원보다 적은 가격으로 에너지를 공급해야 한다.좀 더 푸른 세상을 향한 움직임은 플라스몬이 강화된 태양 전지 분야의 연구에 불을 붙이는데 도움을 주었다.현재 태양전지는 약 30%(1세대)의 효율을 초과할 수 없다.새로운 테크놀로지(3세대)에서는 최대 40~60%의 효율을 기대할 수 있습니다.박막 기술(2세대)을 활용해 소재를 줄여 가격을 낮출 수 있다.

플라스모닉 강화 태양 전지의 특정 적용 분야는 우주 탐사 차량일 것이다.이에 대한 주된 기여는 태양 전지의 무게를 줄이는 것이다.태양 전지에서 충분한 전력을 생산할 수 있다면 외부 연료원도 필요하지 않을 것이다.이것은 체중 감소에도 큰 도움이 될 것이다.

태양전지는 시골의 전기화를 도울 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다.적도 근처의 약 2백만 개의 마을이 전기와 화석 연료에 제한적으로 접근하고 있으며, 전 세계 인구의 ^[18]약 25%가 전기에 접근하지 못하고 있다.전력망 확장, 지방 전력 운영 및 디젤 발전기 사용 비용을 태양 전지 비용과 비교하면, 많은 경우 태양 전지가 더 우수하다.만약 현재의 태양전지 기술의 효율성과 비용이 더 떨어진다면, 현재의 방법이 불가능할 때, 전 세계의 많은 농촌 지역들과 마을들은 전기를 얻을 수 있을 것이다.농촌 지역의 특정 적용 분야는 양수 시스템, 주택용 전기 공급 및 가로등이다.특히 흥미로운 적용은 모터 구동 차량이 지나치게 풍부하지 않은 국가의 보건 시스템을 위한 것이다.태양 전지는 수송 중에 약품을 냉각기에 냉장 보관하는 동력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

태양 전지는 또한 등대, 부표, 심지어 바다에 있는 전투함에 전력을 공급할 수 있다.산업 기업은 이를 사용하여 통신 시스템에 전력을 공급하거나 ^[19]파이프라인을 따라 시스템을 모니터링 및 제어할 수 있습니다.

태양 전지가 대규모로 생산되고 비용 효율이 높다면, 전력망에 전력을 공급하기 위해 전체 발전소를 건설할 수 있을 것이다.크기를 줄이면 설치 공간이 훨씬 적은 상업용 및 주거용 건물 모두에 구현될 수 있다.^[19]

다른 애플리케이션은 하이브리드 시스템에 있습니다.태양 전지는 화석 연료의 사용량을 줄이기 위해 자동차와 같은 고소비 장치에 전력을 공급하는데 도움을 줄 수 있다.

가전제품에서 태양전지는 저전력 전자제품의 배터리를 대체하기 위해 사용될 수 있다.이것은 돈을 절약할 수 있고 쓰레기 ^[20]매립지로 들어가는 쓰레기의 양을 줄일 수 있을 것이다.

최근의 진보

플라스틱 금속 나노 입자 선택

활성층에서 빛을 최대한 흡수하기 위해서는 플라스마 금속 나노 입자의 적절한 선택이 중요합니다.은과 금으로 이루어진 나노입자(Ag와 Au)의 표면은 표면 플라스몬 공명이 가시 범위에 위치하기 때문에 태양 강도의 피크와 더 강하게 상호작용하기 때문에 가장 널리 사용되는 물질이다.그러나 이러한 귀금속 나노입자는 산란광과 비산란광 사이의 파괴적 간섭이라는 유해한 Fano 효과로 인해 표면 플라스몬 공명 아래의 단파장에서 항상 Si에 환원된 광결합을 도입한다.게다가 귀금속 나노 입자는 높은 비용과 지구 지각의 희소성 때문에 대규모 태양전지 제조에는 실용적이지 않다.최근 Zhang 등은 저비용의 지구상 풍부한 알루미늄(Al) 나노 입자가 널리 사용되는 Ag 및 Au 나노 입자를 능가할 수 있다는 것을 입증했습니다.표면 플라스몬 공명이 300 nm의 원하는 태양 스펙트럼 가장자리 아래의 UV 영역에 위치하는 알 나노 입자는 감소를 피할 수 있고 더 짧은 파장 ^[21][22]범위에서 추가적인 향상을 가져올 수 있습니다.

나노 입자의 형상 선택

모양.	레퍼런스
나노스피어	[23]
나노스타	[24]
코어 셸 나노 입자	[13]
나노디스크	[25]
나노캐비티	[26]
나노보이드	[27]
핵나노입자	[28]
나노케이지	[29]
코어 셸 나노 입자	[3]

라이트 트래핑

앞서 논의한 바와 같이, 플라스모닉 강화 태양 전지의 표면에 빛을 집중시키고 분산시킬 수 있는 것은 효율을 높이는 데 도움이 될 것이다.최근 샌디아 국립 연구소의 연구는 특정 파장에서 빛을 모아 구조물 안에 가두는 광도파로를 발견했다.이 새로운 구조물은 다른 기존 도파관의 30%에 비해 입사하는 빛의 95%를 포함할 수 있습니다.그것은 또한 기존의 도파관보다 10배 더 큰 한 파장 내에서 빛을 방출할 수 있다.이 장치가 포착하는 파장은 구조를 구성하는 격자의 구조를 변경하여 선택할 수 있습니다.만약 이 구조가 빛을 가두고 태양전지가 빛을 흡수할 때까지 그 구조 안에 유지하는데 사용된다면, 태양전지의 효율은 극적으로 ^[30]증가할 수 있다.

흡수.

플라스모닉 강화 태양 전지의 또 다른 최근 발전은 빛의 흡수를 돕는 다른 방법을 사용하고 있다.연구되고 있는 방법 중 하나는 빛을 산란시키기 위해 기판 위에 금속 와이어를 사용하는 것입니다.이것은 빛의 산란과 흡수를 위해 태양전지 표면의 더 넓은 면적을 이용함으로써 도움이 될 것이다.점 대신 선을 사용할 경우 시스템에서 빛을 반사하는 반사층이 형성될 수 있습니다.이것은 태양 전지에는 매우 바람직하지 않다.이는 박막 접근법과 매우 유사하지만 나노 입자의 산란 효과도 활용합니다.^[31] Yue 등초경량 a-Si 태양 전지의 흡수를 증가시키기 위해 위상 절연체라고 불리는 새로운 물질을 사용했습니다.위상절연체 나노구조는 본질적으로 코어셸 구성을 가지고 있다.코어는 유전체이며 굴절률이 매우 높습니다.셸은 금속으로 표면 플라즈몬 공명을 지지합니다.나노콘 어레이를 a-Si 박막 태양전지로 통합함으로써 자외선 및 가시 범위에서 ^[32]최대 15%의 광흡수 향상을 예측했다.

제3세대

3세대 태양전지는 2세대 태양전지(박막)와 지구상에 많이 존재하는 물질을 이용해 효율을 높이는 것이 목표다.이것은 또한 박막 태양 전지의 목표였다.일반적이고 안전한 재료를 사용하면 3세대 태양전지를 대량으로 제조할 수 있어 비용을 더욱 절감할 수 있을 것이다.제조 공정을 생산하기 위해서는 초기 비용이 많이 들지만, 그 이후에는 저렴할 것입니다.3세대 태양전지가 효율을 높일 수 있는 방법은 더 넓은 범위의 주파수를 흡수하는 것이다.현재의 박막 기술은 단일 밴드 갭 ^[10]소자의 사용으로 인해 하나의 주파수로 제한되었습니다.

복수의 에너지 레벨

다중 에너지 레벨의 태양 전지에 대한 아이디어는 기본적으로 박막 태양 전지를 서로 겹쳐 쌓는 것입니다.각 박막 태양 전지는 다른 밴드 갭을 가지고 있는데, 이는 태양 스펙트럼의 일부가 첫 번째 셀에 의해 흡수되지 않는다면 바로 아래의 것이 스펙트럼의 일부를 흡수할 수 있다는 것을 의미한다.이러한 값을 쌓고 각 셀에 대해 최적의 밴드 갭을 사용하여 최대 전력을 생성할 수 있습니다.각 셀을 연결하는 방법에는 직렬 또는 병렬과 같은 여러 가지 옵션이 있습니다.태양 전지의 출력은 2개의 리드밖에 되지 않기 때문에 시리얼 접속이 바람직합니다.

각 박막 셀의 격자 구조는 동일해야 합니다.만약 그렇지 않다면 손실이 있을 것이다.층을 쌓는 데 사용되는 프로세스는 복잡합니다.여기에는 분자빔 에피택시와 금속유기증기상 에피택시가 포함됩니다.현재 효율성 레코드는 이 공정으로 만들어지지만 정확하게 일치하는 격자 상수가 없습니다.이로 인한 손실은 격자의 차이로 인해 처음 두 셀에 대해 보다 최적의 밴드 갭 재료가 가능하기 때문에 효과적이지 않습니다.이러한 유형의 셀은 50%의 효율을 기대할 수 있습니다.

저렴한 증착 공정을 이용한 저품질 재료도 연구되고 있다.이러한 디바이스는 효율은 그다지 높지 않지만, 가격, 크기, 전력의 조합으로 비용 효율이 향상됩니다.공정이 더 단순하고 재료를 더 쉽게 구할 수 있기 때문에, 이러한 장치의 대량 생산이 더 경제적입니다.

핫 캐리어 셀

태양 전지의 문제는 표면에 닿는 고에너지 광자가 열로 변환된다는 것이다.들어오는 광자가 사용 가능한 에너지로 변환되지 않기 때문에 이것은 셀에게 손실입니다.핫 캐리어 셀의 배후에 있는 아이디어는 들어오는 에너지의 일부를 열로 변환하는 것입니다.뜨거운 상태에서 전자와 구멍을 모을 수 있으면 셀에서 더 높은 전압을 얻을 수 있다.이렇게 하면 전자와 구멍을 모으는 접점이 재료를 식힌다는 것이 문제입니다.지금까지 접점이 셀을 냉각시키지 않도록 하는 것은 이론적인 것이었습니다.생성된 열을 사용하여 태양 전지의 효율성을 향상시키는 또 다른 방법은 낮은 에너지 광자가 전자와 구멍 쌍을 자극할 수 있도록 하는 셀을 갖는 것입니다.여기에는 작은 밴드갭이 필요합니다.선택적 접촉을 사용하여, 낮은 에너지의 전자와 구멍을 모을 수 있고, 높은 에너지의 전자와 구멍이 계속해서 셀을 통해 움직이게 할 수 있습니다.선택적 접점은 이중 장벽 공진 터널링 구조를 사용하여 이루어집니다.캐리어는 냉각되어 포논으로 흩어집니다.소재에 큰 띠 모양의 포논이 있으면 캐리어는 더 많은 열을 접점으로 전달하여 격자 구조에서 손실되지 않습니다.포논의 밴드갭이 큰 물질 중 하나는 질화인듐이다.열담체 세포는 초기 단계이지만 실험 단계로 넘어가기 시작하고 있다.

플라스몬 전기 태양전지

플라즈몬은 조정 가능한 공명 및 전례 없는 근접장 확장이라는 독특한 특징을 가지고 있어 빛 관리를 가능하게 하는 기술입니다.최근에는 금속 나노구조를 도입해 박막 태양전지의 성능이 눈에 띄게 향상됐다.이러한 개선은 주로 빛의 전파, 흡수 및 산란을 조작하기 위한 플라스몬 광학 효과에 기인한다.플라스모닉 광학 효과는 (1) 활성 물질의 광학 흡수를 증가시킨다. (2) 금속 나노 구조 주변의 국소적인 근거리장 강화로 인해 활성 층에서 빛 흡수를 공간적으로 재배포한다.플라즈몬 광학적 효과를 제외하고, 플라즈몬 광학적 효과(이후 플라즈몬 전기적 효과로 명명됨)의 플라즈몬 변형 재조합, 운반 및 수집의 효과는 Sha,^[33][34] 등에 의해 제안되었다.소자의 성능을 향상시키기 위해, 그들은 광전자 ^[34]대 홀 이동 비율에 맞춘 일반적인 설계 규칙을 고안하여 광전자 운반체의 이동 경로를 결정하였습니다.설계 규칙은 전자 대 홀 이동 길이 비율이 전자 대 홀 이동 비율과 균형을 이루어야 한다고 제안합니다.즉, 전자와 홀(초기 생성 부위에서 해당 전극으로)의 이동 시간은 같아야 한다.일반적인 설계 규칙은 (플라스몬 전기 효과와 함께) 장치의 활성 층에서 광 흡수를 공간적으로 재배포함으로써 실현될 수 있다.그들은 또한 플라스몬 전기 유기 태양 ^[33]전지의 공간 전하 한계가 깨지는 것을 시연했다.최근 나노 입자의 플라스몬 비대칭 모드는 광대역 광 흡수를 선호하고 태양 전지의 전기적 특성을 촉진하는 것으로 밝혀졌다.나노 입자의 플라즈몬 광학 효과와 플라즈몬 전기적 효과가 동시에 나타나 나노 입자 ^[12][35]플라즈몬의 유망한 특징을 드러낸다.

초박형 플라즈모닉 웨이퍼 태양전지

효율 손실을 최소화하면서 실리콘 웨이퍼 두께를 줄이는 것은 웨이퍼 기반 태양 전지의 비용 효율성을 높이는 주류 추세입니다.최근에, 장 외 연구진.는 적절하게 설계된 나노 입자 아키텍처의 첨단 광포집 전략을 사용하여 태양전지 효율 손실 없이 웨이퍼 두께를 현재 두께(180μm)의 10분의 1 정도로 극적으로 줄일 수 있음을 입증했습니다.현재 웨이퍼 두께의 3%에 불과한 나노입자 집적형 초박형 태양전지는 얇은 웨이퍼로 인한 개방회로 전압 상승의 혜택과 흡수를 강화하여 15.3%의 효율을 달성할 수 있습니다.이는 97%의 자재 절감과 15%의 상대적 효율성 손실을 나타냅니다.이러한 결과는 플라스모닉 ^[36]광트랩을 통해 고효율 초박형 실리콘 웨이퍼 셀의 실현 가능성과 전망을 보여줍니다.

다이렉트 플라스몬 태양전지

플라즈모닉 나노 입자를 광흡수체로 직접 사용하는 직접 플라즈모닉 태양전지의 개발은 플라즈모닉 강화 세포보다 훨씬 최근의 일이다.

2013년에는 국부적인 표면 플라즈몬 ^[37]공명의 들뜸에 의해 플라즈몬 나노입자의 열담체가 생성될 수 있다는 것이 확인되었다.뜨거운 전자는 TiO₂ 전도 대역에 주입되는 것으로 나타나 빛에서 전기로의 변환에 유용함을 확인했습니다.2019년에는 핫 전자 대응물인 핫 홀(hot hole)을 p형 ^[38]반도체에도 주입할 수 있는 방법을 설명하는 또 다른 기사가 발표되었습니다.이러한 전하 분리를 통해 플라즈모닉 나노 입자를 광전지의 광흡수체로 직접 사용할 수 있습니다.

웁살라 대학의 분사 회사인 Peafowl Solar Power는 동적 ^[39][40]유리용 투명 태양 전지와 같은 상업적인 용도로 직접 플라스모닉 태양 전지 기술을 개발하고 있습니다.

레퍼런스